裂缝变化监测装置及裂缝变化监测方法与流程

本发明涉及裂缝检测设备领域，具体而言，涉及一种裂缝变化监测装置及裂缝变化监测方法。

背景技术：

混凝土作为楼房、铁桥、隧道等各种混凝土建筑物使用的材料，应用越来越广泛。但随着混凝土使用年限的增加，会产生裂缝，并且裂缝中会渗入雨水使墙体更加恶化导致建筑物强度降低。为此必须对建筑物进行维护，何时进行维护需要经常对裂缝的状态进行把握。

目前在对混凝土上的裂缝进行检查时，作业人员需要现场使用刻度尺直接测量裂缝的宽度或者使用数字相机对裂缝进行现场拍照，之后将测量结果带回管理中心进行分析再确定是否需要进行相应的维护。

目前的检测手段是在拍撮墙面裂缝时墙面裂缝所处的状态，而建筑物是否到了需要维护的状态，需要定期地到现场进行测量，执行起来非常麻烦。另外，不管哪个装置，很难在同一位置对墙面裂缝进行测量，不能准确断定裂缝状态是如何变化的及是否需要继续测量。

由上述可知现有技术中存在裂缝变化监测装置难以持续对同一位置进行监测的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种裂缝变化监测装置及裂缝变化监测方法，以解决现有技术中裂缝变化监测装置难以持续对同一位置进行监测的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种裂缝变化监测装置，包括：箱体，箱体具有检测面，检测面贴合设置在待检测位置处；固定结构，箱体通过固定结构安装在待检测位置处且保持固定不动；至少一个图像传感器，图像传感器设置在箱体内且图像传感器的检测端朝向检测面设置；光源，光源设置在箱体内且朝向检测面设置，光源为多个，且图像传感器的上下两侧分别至少设置有一个光源，光源照射待检测位置处的墙面和裂缝，图像传感器采集墙面和裂缝处的亮度等级线；裂缝变化监测部，裂缝变化监测部与图像传感器连接，裂缝变化监测部根据第一预设时间间隔接收图像传感器采集到的亮度等级线并进行存储，且根据第二预设时间间隔将前后任意两组亮度等级线进线比较以得到待检测位置处的裂缝的宽度变化数据；输出装置，输出装置与裂缝变化监测部连接，以通过显示、存储记录、报警的至少一种方式进行输出。

进一步地，箱体沿横向分为动力区和检测区，检测区包括采集区和处理区，且处理区位于采集区的上方或下方；图像传感器和光源位于采集区，裂缝变化监测部位于处理区，裂缝变化监测装置包括蓄电池组，蓄电池组位于动力区并给图像传感器、光源和裂缝变化监测部供电。

进一步地，裂缝变化监测装置还包括开关电路，蓄电池组给开关电路供电，图像传感器、光源、裂缝变化监测部和输出装置与开关电路连接，开关电路根据第三预设时间控制裂缝变化监测装置的启动或停机。

进一步地，图像传感器和光源均为多个，且多个图像传感器和多个光源依次交替排列设置，多个图像传感器分别与裂缝变化监测部连接。

进一步地，图像传感器的分辨率大于等于200dpi。

进一步地，光源是led光源，led光源发射可见光和/或不可见光。

进一步地，多个行扫描周期内图像传感器采集到的与时钟信号同步的扫描路径的亮度值变化形成亮度等级线。

进一步地，裂缝变化监测部包括时钟单元，通过时钟单元设定第一预设时间和第二预设时间并计时；数据存储单元，接收图像传感器采集到的亮度等级线并进行存储；演算单元，演算单元对前后任意两组采集的亮度等级线进行差分计算，以得到待检测位置处的裂缝的宽度变化数据。

进一步地，数据存储单元包括第一存贮器和第二存贮器，第一存贮器记录图像传感器初次采集的亮度等级线，第二存贮器记录图像传感器除初次以外每次采集的亮度等级线，演算单元对第一存贮器和第二存贮器的亮度等级线进行差分计算，以得到当前待检测位置处的裂缝的宽度变化数据。

进一步地，输出装置包括无线控制部，无线控制部接收并发送裂缝的宽度变化数据。

进一步地，无线控制部包括：无线网络；无线控制本体，无线控制本体接收裂缝的宽度变化的数据；天线，天线与无线控制本体连接，并且天线通过无线网络将裂缝的宽度变化数据向外发送。

进一步地，输出装置还包括：数据库，数据库存储无线控制部发送的裂缝的宽度变化数据；电脑终端对裂缝的宽度变化数据进行分析，当数据库中的裂缝的宽度变化数据超出预警值时，电脑终端发出提示。

进一步地，电脑终端包括显示器、蜂鸣报警器和报警指示灯中的至少一种。

根据本发明的另一方面，提供了一种裂缝变化监测方法，采用上述的裂缝变化监测装置对裂缝进行监测，裂缝变化监测方法包括：在对裂缝进行监测前，将裂缝变化监测装置固定在裂缝所在的墙面上，并使裂缝变化监测装置的箱体的检测面贴合在墙面上，且使裂缝变化监测装置的图像传感器的扫描路径垂直于裂缝的延伸方向；开启电源，裂缝变化监测装置自动进行初始化设置过程，将预先设定好的时钟频率、行扫描周期、扫描次数、光源的开启时间以及图像传感器的相关参数调入到图像传感器的内部相应的寄存器中，完成初始化设置；

裂缝变化监测装置进行裂缝的初期值测试阶段，启动图像传感器，使图像传感器按预设条件对裂缝的宽度进行扫描，并将结果保存于裂缝变化监测装置的裂缝变化监测部的第一存贮器中；图像传感器继续对裂缝的宽度进行扫描，并将结果保存于裂缝变化监测部的第二存贮器中；裂缝变化监测部的演算单元对第二存贮器和第一存贮器中保存的数据进行演算，并将结果发给电脑终端，而后裂缝变化监测装置再次进行到待机状态。

进一步地，裂缝的初始宽度测量完成后，裂缝变化监测装置可与电脑终端建立通信联络，首先将裂缝变化监测装置的输出装置的代码发给电脑终端，电脑终端收到裂缝变化监测装置的代码后会给裂缝变化监测装置回复一个确认信息，收到确认信息后输出装置再将裂缝的初始数据发给电脑终端。

进一步地，裂缝变化监测装置进入常规作业程序中，首先，裂缝变化监测装置进入待机状态，裂缝变化监测装置的部分功能会自动断电，裂缝变化监测部的时钟单元自动进入计时状态，达到第三预设时间间隔后，整个裂缝变化监测装置恢复到工作状态，图像传感器进行扫描，并将扫描数据贮存到第二存贮器中。

进一步地，如果电脑终端判断发送数据异常，可以随时呼叫裂缝变化监测装置，裂缝变化监测装置收到呼叫信号后会再次恢复到工作状态，并再次进行裂缝的宽度测量，并将测量结果再次发给电脑终端。

应用本发明的技术方案，本申请中的裂缝变化监测装置包括箱体、固定结构、至少一个图像传感器、光源、裂缝变化监测部和输出装置。箱体具有检测面，检测面贴合设置在待检测位置处；箱体通过固定结构安装在待检测位置处且保持固定不动；图像传感器设置在箱体内且图像传感器的检测端朝向检测面设置；光源设置在箱体内且朝向检测面设置，光源为多个，且图像传感器的上下两侧分别至少设置有一个光源，光源照射待检测位置处的墙面和裂缝，图像传感器采集墙面和裂缝处的亮度等级线；裂缝变化监测部与图像传感器连接，裂缝变化监测部根据第一预设时间间隔接收图像传感器采集到的亮度等级线并进行存储，且根据第二预设时间间隔将前后任意两组亮度等级线进线比较以得到待检测位置处的裂缝的宽度变化数据；输出装置与裂缝变化监测部连接，以通过显示、存储记录、报警的至少一种方式进行输出。

使用上述结构的裂缝变化监测装置时，通过使用光源对待检测位置进行照射，并通过图像传感器对待检测位置进行图像获取，能够向裂缝变化监测部发送待检测位置的亮度等级线，裂缝变化监测部在接收到亮度等级线后，能够对两组不同亮度等级线进行存储并处理，同时计算出对应时间间隔内裂缝的同一位置的宽度变化。另外，裂缝变化监测部还能够在计算完成后，将计算得出的数据发送至输出装置，当输出装置接收到的数据超过设定值时，便能够向工作人员发出提醒。又由于裂缝变化监测装置还具有箱体和固定结构，所以裂缝变化监测装置中的图像传感器、光源、裂缝变化监测部等结构可以设置在箱体内部，并通过固定结构固定在待检测位置处，从而能够长期多次对裂缝的同一位置进行检测。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一个具体实施例的裂缝变化监测装置的结构示意图；

图2示出了待检测墙面的结构示意图；

图3示出了对图2中的裂缝进行检测后得到的动作说明时序图；

图4示出了图2中的裂缝变宽后的结构示意图；

图5示出了对图4中的裂缝进行检测后得到的动作说明时序图；

图6示出了对图3和图5中的动作说明时序图进行差分计算后得到的动作说明时序图；

图7示出了图1中的裂缝变化监测装置的局部立体图；

图8示出了图1中的裂缝变化监测装置的箱体安装在钢筋混凝土上的示意图；

图9示出了图1中的裂缝变化监测装置的箱体安装在桥桁时的示意图；

图10示出了本发明的另一个实施例中当图像传感器和光源均为多个时的分布示意图；

图11示出了适用图10中的裂缝变化监测装置的待检测墙面的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、箱体；20、图像传感器；30、光源；40、裂缝变化监测部；41、数据存储单元；411、第一存贮器；412、第二存贮器；42、演算单元；43、蓄电池组；50、输出装置；51、无线控制部；511、无线网络；512、无线控制本体；513、天线；52、数据库；53、电脑终端。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中裂缝变化监测装置难以持续对同一位置进行监测的问题，本申请提供了一种裂缝变化监测装置及裂缝变化监测方法。

如图1和图7所示，本申请中的裂缝变化监测装置包括：箱体10、固定结构、至少一个图像传感器20、光源30、裂缝变化监测部40和输出装置50。箱体10具有检测面，检测面贴合设置在待检测位置处；箱体10通过固定结构安装在待检测位置处且保持固定不动；图像传感器20设置在箱体10内且图像传感器20的检测端朝向检测面设置；光源30设置在箱体10内且朝向检测面设置，光源30为多个，且图像传感器20的上下两侧分别至少设置有一个光源30，光源30照射待检测位置处的墙面和裂缝，图像传感器20采集墙面和裂缝处的亮度等级线；裂缝变化监测部40与图像传感器20连接，裂缝变化监测部40根据第一预设时间间隔接收图像传感器20采集到的亮度等级线并进行存储，且根据第二预设时间间隔将前后任意两组亮度等级线进线比较以得到待检测位置处的裂缝的宽度变化数据；输出装置50与裂缝变化监测部40连接，以通过显示、存储记录、报警的至少一种方式进行输出。

使用上述结构的裂缝变化监测装置时，通过使用光源30对待检测位置进行照射，并通过图像传感器20对待检测位置进行图像获取，能够向裂缝变化监测部40发送待检测位置的亮度等级线，裂缝变化监测部40在接收到亮度等级线后，能够对两组不同亮度等级线进行存储并处理，同时计算出对应时间间隔内裂缝的同一位置的宽度变化。另外，裂缝变化监测部40还能够在计算完成后，将计算得出的数据发送至输出装置50，当输出装置50接收到的数据超过设定值时，便能够向工作人员发出提醒。又由于裂缝变化监测装置还具有箱体10和固定结构，所以裂缝变化监测装置中的图像传感器20、光源30、裂缝变化监测部40等结构可以设置在箱体10内部，并通过固定结构固定在待检测位置处，从而能够长期多次对裂缝的同一位置进行检测。

在一个具体的实施例中，选用的箱体10的尺寸可以达到10cm横*5cm纵*3cm高。

如图7所示，箱体10沿横向分为动力区和检测区，检测区包括采集区和处理区，且处理区位于采集区的上方或下方；图像传感器20和光源30位于采集区，裂缝变化监测部40位于处理区，裂缝变化监测装置包括蓄电池组43，蓄电池组43位于动力区并给图像传感器20、光源30和裂缝变化监测部40供电。通过这样设置，能够使得箱体10内部的结构更加紧凑，从而可以保证箱体10可以更加小型化。进而能够使裂缝变化监测装置可以在楼房、高速公路、桥梁及隧道的墙面上方便地进行多处安装。

如图8所示，是裂缝变化监测装置安装在钢筋混凝土上的安装示意图，通过胶或在钢筋混凝土上打上膨胀丝等常用方法牢固地固定。另外，在箱体的周围可以用屏蔽材料进行覆盖，防止外界光照和雨水侵扰，确保裂缝变化监测装置可以长期使用。如图9所示，是用同样的方法将裂缝变化监测装置安装在高速公路或铁桥的桥桁上的安装示意图。

可选地，裂缝变化监测装置还包括开关电路，蓄电池组43给开关电路供电，图像传感器20、光源30、裂缝变化监测部40和输出装置50与开关电路连接，开关电路根据第三预设时间控制裂缝变化监测装置的启动或停机。通过这样设置，能够在非测量时间段内，停止蓄电池组43对图像传感器20、光源30、裂缝变化监测部40和输出装置50的电力供给，从而增加蓄电池组43的使用时限。

可选地，图像传感器20和光源30均为多个，且多个图像传感器20和多个光源30依次交替排列设置，多个图像传感器20分别与裂缝变化监测部40连接。通过这样设置，可以对墙面裂缝的多个位置进行同时监测，进而可以使裂缝变化监测装置可以监测到更加详细的裂缝变化信息。

如图10所示，此时的图像传感器20为三个。相应地，如图11所示，当图像传感器为三个时，可以对同一墙面112的裂缝113的三个不同位置(及三条不同的裂缝读取线908、909和910)进行监测。

具体地，图像传感器20的分辨率大于等于200dpi。在常用的监测要求中，要求0.2毫米以上的裂缝要定期点检记录，作为管理计划的基本数据。而要检测出0.2毫米以上的裂缝，需要的图像分辨率至少在127dpi以上，因此在本申请中，选用比较常用的200dpi以上分辨率的接触式图像传感器20。

可选地，光源30是led光源，led光源发射可见光和/或不可见光。在通常的监测过程中，可以选择波长在可见光带域的led光源，例如红光、绿光、蓝光等。而在某些特殊的场合下使用红外光、紫外光的led光源可以更加强袭的读取裂缝沟槽的详细状态。

具体地，多个行扫描周期内图像传感器20采集到的与时钟信号同步的扫描路径的亮度值变化形成亮度等级线。

如图3和图5所示，是图像传感器20的动作说明时序图，包括时钟信号201和行周期信号202，其中行周期信号202包括两次行扫描周期。当然，行周期信号202还可以包括多次扫描，扫描的次数由得到的数据的一致性决定。图像传感器20通过将与时钟信号201同步的模拟信号转换成数字信号，通过数字信号可以输出亮度等级线(即图3中的203和图5中的403)，其中亮度等级总共包括256级，并通过与暗输出图205(亮度等级为0)和明输出图204(亮度等级为255)进行对比，能够得出裂缝在亮度等级线中对应的位置。在图2和图4中，一次行扫描周期即代表对裂缝读取线115进行一次扫描，其中墙面112的裂缝(及图2中的113和图4中的301)会随时间的变化而变化。

如图3和图5所示，a是没有裂缝的墙面部分，b是墙面中对应的裂缝部分。

在对裂缝宽度进行计算时，若使用分辨率为300dpi的图像传感器20，一个像素的宽度为0.085毫米，若裂缝在亮度等级线中对应的宽度为3个时钟信号，即三个像素。因此能够计算出裂缝的宽度为0.085mm*3＝0.255mm。

具体地，裂缝变化监测部40包括时钟单元，数据存储单元41和演算单元42。通过时钟单元设定第一预设时间和第二预设时间并计时；接收图像传感器20采集到的亮度等级线并进行存储；演算单元42对前后任意两组采集的亮度等级线进行差分计算，以得到待检测位置处的裂缝的宽度变化数据。通过这样设置，数据存储单元41能够对图像传感器20每次输出的数字信号以及亮度等级线进行储存，演算单元42能够对数据存储单元41中的亮度等级线进行计算，并可通过计算对比任意两次的裂缝宽度值，得到对应时间间隔内的裂缝的宽度变化。通过设置使用单元，能够对裂缝的检测进行控制和计时。

可选地，在演算单元42中，为了使得到的裂缝的图像更加鲜明清晰，也可以加入一些敏感补正、边缘强化、对比度调整等已知的图像处理技术，从而得到更准确的裂缝计算精度。

如图6所示，是演算单元42对两次监测数据的对比结果的信号，其中图像传感器20的分辨率为300dpi，在亮度等级线503中，没有裂缝的区域中应的部分为c，而裂缝对应的位置为d，d的宽度对应两个时钟信号，即两个像素，也就是说宽度变化了0.085mm*2＝0.17mm，即在两次采集的时间间隔内，裂缝的宽度变化了0.17mm。

可选地，数据存储单元41第一存贮器411和第二存贮器412，第一存贮器411记录图像传感器20初次采集的亮度等级线，第二存贮器412记录图像传感器20除初次以外每次采集的亮度等级线，演算单元42对第一存贮器411和第二存贮器412的亮度等级线进行差分计算，以得到当前待检测位置处的裂缝的宽度变化数据。通过这样设置，能够方便演算单元42对图像传感器20传送的数据进行差分计算，在计算过程中，通过对图像传感器20每次采集的亮度等级线与初次采集的亮度等级线进行对比，能够得出裂缝的实时宽度与初始宽度之间的变化值。

可选地，第二存贮器412存储数据的方式可以是将所有数据全部储存，或者是将最近采集的数据对之前的数据进行覆盖。

具体地，输出装置50包括无线控制部51，无线控制部51接收并发送裂缝的宽度变化数据。通过这样设置，在演算单元42完成差分计算后，能够将数据发送至无线控制部51并通过无线控制部51向外发送。

具体地，无线控制部51包括无线网络511、无线控制本体512和天线513。无线控制本体512接收裂缝的宽度变化的数据；天线513与无线控制本体512连接，并且天线513通过无线网络511将裂缝的宽度变化数据向外发送。在本申请中，选用的无线网络511为低功耗广域无线网络511。

具体地，输出装置50还包括数据库52。数据库52存储无线控制部51发送的裂缝的宽度变化数据；电脑终端53对裂缝的宽度变化数据进行分析，当数据库52中的裂缝的宽度变化数据超出预警值时，电脑终端53发出提示。通过这样设置，在数据库52接受到无线控制部51发送的裂缝的宽度变化数据后，可以对数据进行保存。而设置电脑终端53，可以通过电脑终端53对数据库52中的信息进行分析和监测。

可选地，电脑终端53包括显示器、蜂鸣报警器和报警指示灯中的至少一种。

在本申请中，还提供了一种裂缝变化监测方法，采用下述的裂缝变化监测装置对裂缝进行监测，裂缝变化监测方法包括：在对裂缝进行监测前，将裂缝变化监测装置固定在裂缝所在的墙面上，并使裂缝变化监测装置的箱体10的检测面贴合在墙面上，且使裂缝变化监测装置的图像传感器20的扫描路径垂直于裂缝的延伸方向；开启电源，裂缝变化监测装置自动进行初始化设置过程，将预先设定好的时钟频率、行扫描周期、扫描次数、光源30的开启时间以及图像传感器20的相关参数调入到图像传感器20的内部相应的寄存器中，完成初始化设置；裂缝变化监测装置进行裂缝的初期值测试阶段，启动图像传感器20，使图像传感器20按预设条件对裂缝的宽度进行扫描，并将结果保存于裂缝变化监测装置的裂缝变化监测部40的第一存贮器411中；图像传感器20继续对裂缝的宽度进行扫描，并将结果保存于裂缝变化监测部40的第二存贮器412中；裂缝变化监测部40的演算单元42对第二存贮器412和第一存贮器411中保存的数据进行演算，并将结果发给电脑终端53，而后裂缝变化监测装置再次进行到待机状态。

进一步地，裂缝的初始宽度测量完成后，裂缝变化监测装置可与电脑终端53建立通信联络，首先将裂缝变化监测装置的输出装置50的代码发给电脑终端53，电脑终端53收到裂缝变化监测装置的代码后会给裂缝变化监测装置回复一个确认信息，收到确认信息后输出装置50再将裂缝的初始数据发给电脑终端53。

进一步地，裂缝变化监测装置进入常规作业程序中，首先，裂缝变化监测装置进入待机状态，裂缝变化监测装置的部分功能会自动断电，裂缝变化监测部40的时钟单元自动进入计时状态，达到第三预设时间间隔后，整个裂缝变化监测装置恢复到工作状态，图像传感器20进行扫描，并将扫描数据贮存到第二存贮器412中。

进一步地，如果电脑终端53判断发送数据异常，可以随时呼叫裂缝变化监测装置，裂缝变化监测装置收到呼叫信号后会再次恢复到工作状态，并再次进行裂缝的宽度测量，并将测量结果再次发给电脑终端53。

在本申请中，当墙面出现新的裂缝时，也能够用同样的方法进行监测。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、通过使用裂缝变化监测装置，使工作人员不需要定期地专程去混凝土建筑物现场，也能定期地了解裂缝变化状态；

2、缩短了裂缝检测作业的过程；

3、通过差分结算，消除了读取数据中包含的凹凸不平及玷污产生的噪音成分，使裂缝变化的信息更加准确；

4、传送的数据量小，维护费用低。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。